Khám phá không thể được giải thích bằng các giả định cổ điển.

Một nhóm các nhà vật lý thiên văn quốc tế đã có một phát hiện khó hiểu trong khi phân tích một số cụm sao. Các nhà nghiên cứu viết trong ấn phẩm của mình rằng phát hiện này thách thức định luật hấp dẫn của Newton. Thay vào đó, các quan sát phù hợp với dự đoán của một lý thuyết thay thế về lực hấp dẫn. Tuy nhiên, điều này đang gây tranh cãi giữa các chuyên gia. Các kết quả hiện đã được công bố trên Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Đại học Bonn đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu.

Trong công việc của mình, các nhà nghiên cứu đã điều tra cái gọi là các cụm sao mở, các nhóm không liên kết gồm vài chục đến vài trăm ngôi sao được tìm thấy trong các thiên hà xoắn ốc và không đều. Các cụm mở hình thành khi hàng nghìn ngôi sao được sinh ra trong một khoảng thời gian ngắn trong một đám mây khí khổng lồ. Khi nó “bốc cháy”, những người mới đến từ thiên hà sẽ thổi bay tàn tích của một đám mây khí. Trong quá trình này, khối lượng giãn ra đáng kể. Điều này tạo ra một sự hình thành lỏng lẻo từ vài chục đến vài nghìn ngôi sao. Khối lượng được tổ chức lại với nhau bởi các lực hấp dẫn yếu tác dụng với nhau.

Giáo sư Tiến sĩ Pavel Krupa từ Viện Vật lý Hạt nhân và Bức xạ Helmholtz tại Đại học Bonn giải thích: “Trong hầu hết các trường hợp, các cụm sao mở chỉ tồn tại vài trăm triệu năm trước khi chúng tan chảy. Trong quá trình này, các ngôi sao thường xuyên bị mất đi và tích tụ lại trong cái gọi là “đuôi thủy triều”. Một trong những cái đuôi này được kéo ra sau khối khi nó di chuyển trong không gian. Đến lượt người kia dẫn đầu như mũi nhọn.

Giáo sư Tiến sĩ Pavel Krupa từ Viện Vật lý Hạt nhân và Bức xạ Helmholtz tại Đại học Bonn. Nhà cung cấp: Volker Lanert / Đại học Bonn

Tiến sĩ Jan Pvalam-Altenberg thuộc Viện Vật lý Hạt nhân và Bức xạ Helmholtz giải thích: “Theo định luật hấp dẫn của Newton, việc những cái đuôi kết thúc trong ngôi sao mất tích là một vấn đề ngẫu nhiên. “Vì vậy, cả hai đầu phải chứa số lượng các ngôi sao xấp xỉ bằng nhau. Tuy nhiên, trong công việc của mình, lần đầu tiên chúng tôi có thể chứng minh rằng điều này là không đúng: trong các nhóm mà chúng tôi đã nghiên cứu, phần đuôi phía trước luôn chứa nhiều ngôi sao gần bằng khối lượng hơn hơn đuôi sau ”.

Một phương pháp mới để tính toán các ngôi sao đã được phát triển

Trong số hàng triệu ngôi sao gần khối lượng, hầu như không thể xác định được cái nào thuộc về đuôi của chúng – cho đến nay. Tiến sĩ Teresa Yarabkova giải thích: “Để làm được điều này, bạn phải xem xét tốc độ, hướng chuyển động và tuổi của từng vật thể này. Đồng tác giả nghiên cứu, người đã nhận bằng Tiến sĩ trong nhóm Kroupa, gần đây đã chuyển từ Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cho Đài quan sát Nam Âu ở Garching. Cô đã phát triển một phương pháp cho phép cô đếm chính xác các ngôi sao trong đuôi của chúng lần đầu tiên. “Cho đến nay, năm cụm mở đã được điều tra gần chúng tôi, trong đó có bốn cụm do chúng tôi thực hiện”, cô nói. “Khi chúng tôi phân tích tất cả dữ liệu, chúng tôi gặp phải mâu thuẫn với lý thuyết hiện tại. Dữ liệu khảo sát có độ chính xác cao từ Sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu không thể thiếu cho điều này. “

Trong cụm sao Hyades (trên cùng), số lượng sao (đen) ở đuôi thủy triều phía trước nhiều hơn ở phía sau. Trong một mô phỏng máy tính với MOND (bên dưới), một hình ảnh tương tự xuất hiện. Tín dụng: AG Kroupa / Uni Bonn

Ngược lại, dữ liệu quan sát phù hợp hơn với lý thuyết, viết tắt là MOND (“Động lực học Newton biến đổi”) giữa các chuyên gia. “Nói một cách đơn giản, theo MOND, các ngôi sao có thể rời một nhóm qua hai cánh cửa khác nhau,” Kroupa giải thích. “Một cái dẫn đến đuôi thủy triều trở lại, cái kia dẫn tới phía trước. Tuy nhiên, cái đầu tiên hẹp hơn nhiều so với cái thứ hai – vì vậy không có khả năng ngôi sao sẽ để lại khối lượng xuyên qua nó. Mặt khác, lý thuyết hấp dẫn của Newton dự đoán rằng cả hai cửa ra vào phải có cùng chiều rộng “.

Các cụm sao tồn tại ngắn hơn so với dự đoán của định luật Newton

Nhóm các nhà vật lý thiên văn đã tính toán sự phân bố sao dự kiến ​​theo MOND. Tiến sĩ Ingo Thies, người đóng vai trò quan trọng trong các mô phỏng tương ứng, nhấn mạnh: “Các kết quả phù hợp một cách đáng ngạc nhiên với các quan sát. Tuy nhiên, chúng tôi đã phải sử dụng các phương pháp số học tương đối đơn giản để làm như vậy. Chúng tôi hiện đang thiếu các công cụ toán học để thực hiện các phân tích chi tiết hơn về động lực học Newton đã điều chỉnh. ”Tuy nhiên, các mô phỏng cũng trùng khớp với các quan sát: mặt khác họ dự đoán các cụm sao thường mở sẽ tồn tại trong bao lâu. Khoảng thời gian này ngắn hơn nhiều so với dự kiến. “Điều này giải thích cho một bí ẩn đã được biết đến từ lâu,” Kroupa lưu ý. “Cụ thể, các cụm sao trong các thiên hà gần đó dường như đang biến mất nhanh hơn chúng nên xảy ra.”

Tuy nhiên, lý thuyết MOND không phải là không cần bàn cãi giữa các chuyên gia. Vì các định luật hấp dẫn của Newton sẽ không có hiệu lực trong những điều kiện nhất định, mà sẽ phải được sửa đổi, điều này cũng sẽ gây ra những hậu quả sâu rộng cho các lĩnh vực vật lý khác. “Sau đó, một lần nữa, nó giải quyết nhiều vấn đề mà vũ trụ học phải đối mặt ngày nay,” Kroupa, người cũng là thành viên của Khu vực Nghiên cứu Liên ngành về Mô hình và Vật chất tại Đại học Bonn, giải thích. Các nhà vật lý thiên văn hiện đang khám phá các phương pháp toán học mới để mô phỏng chính xác hơn. Sau đó, chúng có thể được sử dụng để tìm thêm bằng chứng về việc định lý MOND có đúng hay không.

Tham khảo: “Các đuôi thủy triều không đối xứng của các cụm sao mở: Các ngôi sao băng qua cụm Brah của chúng bất chấp trọng lực Newton” của Pavel Karpa, Teresa Yarabkova, Ingo Theis, Jan Pvalam-Altenberg, Benoit Famy, Henry MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Beccari , Christian Boyle, Hossein Hajji, Zuven Wu, Jaroslav Hass, Akram Hosni Zunuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Uber và J Arsith Ambassador, ngày 26 tháng 10 năm 2022, Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
DOI: 10.1093 / mnras / stac2563

Ngoài Đại học Bonn, nghiên cứu bao gồm Đại học Charles ở Praha, Đài thiên văn Nam Âu ([{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.

The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.